浅析大跨径桥梁施工过程的施工控制

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【摘 要】随着社会的进步、经济的腾飞，我国的交通事业蒸蒸日上，公路及桥梁的荷载等级、交通流量、行车速度等必然会随之提高，还有一些不可预测的自然破坏力也将会危及桥梁的安全，这就对桥梁提出了越来越高的要求。若在桥梁建设时进行严格的施工监控，并预留长期观测点，将会给桥梁创造长期的安全监控条件，从而给桥梁运营阶段的养护工作提供科学可靠的数据，有效地保证桥梁的安全使用。

【关键词】大跨径 桥梁 施工 控制

1 前言

施工控制是大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工质量的保证。连续刚构体系在施工过程中要经历多次体系转换，结构单元数量、荷载逐步变化，是一种复杂的超静定结构。随着混凝土浇筑（或块件拼装）过程变化，桥梁实际状态与设计理想状态的误差必然导致主梁各节段的内力值和位移值与设计值偏离，为了保证工程质量，就需要有一个科学合理的施工控制系统，来综合考虑各种影响因素，严格监控整个施工过程中结构的变形、应力情况，达到指导施工的目的，以确保桥梁的成桥线形及结构受力状态符合设计要求。

2 施工控制的目的

对大跨径桥梁进行施工控制主要是达到以下目的：

（1）通过对施工过程的模拟分析，对施工方案的可行性做出评价。

（2）通过施工控制分析，可以确定各施工理想状态的线形和位移，为施工提供目标与决策依据。

（3）通过施工控制的实时跟踪分析，可对随后施工状态的线形及位移做出预测，提供施工控制参数，使施工沿着设计的轨道进行，保证施工质量和施工安全。

3 施工监控的方法

3.1 主跨结构施工监控

施工监控为施工控制提供必要的反映施工实际情况的数据与信息。在每一节段的主梁施工过程中，都需要观测桥梁顶面的挠度，为控制分析提供实测数据，同时，在立模，节段浇筑，预加力张拉控制前后也需要观测其挠度变化和相应的应力变化，以便与分析预测值比较，并为状态修正提供依据。

结构施工监控分为结构线形及位移监控，应力监控与桥梁温度场测量三部分。

3.1.1 主跨结构的位移监控

位移监控应分为竖直面内的线形及位移监控与水平面的线形及位移监控两个部分，通过两个面内测量才能准确掌握主跨的真实状况，有效地控制主跨的施工质量，保证施工安全。

挠度的观测资料是施工控制中控制成桥线形最主要的依据。在每个施工块件上布置两个对称的高程观察点，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察桥梁是否发生扭转变形。在施工过程中，对每个截面都需要进行立模时、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、张拉预应力后的标高观测，以便观测各点挠度的变化历程进而提供合理的立模标高，同时监控方提供的立模标高经监理方确认后必须要求施工单位准确执行。高程控制点顺桥向布置在距悬臂施工的梁段前端20cm，横桥向布置在距箱梁两个腹板1.5m处的翼板上。测点采用直径20mm的Ⅱ级钢筋加工制成垂直焊接或苍固定在最外层构造钢筋或最近的箍筋上，测点顶面高出箱梁混凝土顶面3cm，并经磨光后涂红漆标记。

（1）0号块高程测点布置。布置0号块高程测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇节段的高程观察的基准点。每个“T”零号块的顶板各布置11个高程观测点。

（2）各悬浇节段的高程观测点布置。每个节段各设3个测点，顶板中心布置一个，另外两个可对称布置在距箱梁两个腹板1.5m处的翼板上，离块件前端20cm。

3.1.2 主跨结构应力监控

应力监控是大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控的一个重要内容。其不仅是要在施工过程中对结构各重要控制截面进行适时的应力监视，以起到危险预警作用，而且要提供结构在当前荷载条件下真实的应力状态，从而为结构参数识别提供依据。

通过主跨结构应力监控可迅速知道主跨受力状况，如剪力滞效应等，并及时判定主跨应力是否超限，从而可知主跨安全状况。因此，必须进行应力跟踪观测，该项观测在每一施工阶段都要进行，并贯穿整个施工过程。

在大桥箱梁的关键截面布置应力观测点，具置在箱梁的根部，合拢段等截面布置应力测点。应力观测采用钢弦式应力计和配套的频率接收仪进行。

（1）测试仪器的选择。应力观测的仪器根据对多种应力测试仪器性能的比较，考虑到适合长期观察，并能保证足够的精度，故选用质量高的钢弦式应力计和配套的频率接收仪作为观测仪器。该应力计的温度误差小，性能稳定，抗干扰能力强，特别适合于应力长期观测。

（2）测点布置。箱梁的每个测试截面可布置4个应力测点。 “T”的根部截面，合拢段截面各布置4个测点，其中顶板、底板横向各布置2个应变计观测箱梁应力。

（3）应力计的埋设。应力计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。施工过程中注意对应力计和引出导线的保护。

3.1.3 主跨结构温度观测

温度是影响主梁挠度的主要因素之一。温度变化包括季节性温度和日温变化两个部份。

其中局部温度变化是主要的影响因素，它不但会引起结构内力分布的改变（如日照单面墩壁），而且一定会引起结构应力分布的改变，同时也会引起结构的各个方向的挠曲、偏移。例如：主梁顶、底板温差不但会引起顶、底板应力的增减，而且会引起主梁竖向挠曲变形；主梁左、右侧腹板温差不但会引起左、右腹板应力的变化，而且会引起主梁横向偏移；墩身两侧的温差也会引起墩身产生侧向偏移或沿纵向偏移，从而导致主梁因刚体转动而产生悬臂端竖向位移。

温度观测的项目应包括：主梁箱外大气温度、主梁箱内大气温度、主梁梁体温度和温度梯度。测点布置考虑到各个“T”的温度大致相同，故只选一个“T”的一个悬臂典型截面作为温度测量的对象并布置相应温度测点。测温度的铂电阻先贴在钢筋上，作防潮和防机械损伤处理后埋入混凝土内，测试导线引到混凝土表面。

3.2 桥墩施工监控

一般来说，可在墩根部，中部或截面变化处设置应力，应变测点，在墩根部，墩中部或系梁处，墩顶部设置变位测点，必要时还应设置温度测点，以全面监控桥墩在大桥施工过程中的应变，变位状态，校正设计参数，并帮助确定预抛高值和预偏量值。

3.2.1 桥墩应力监控

本监控方案在主墩的墩底及墩顶变截面上下50cm处布置应力测点，每个截面布置4个钢弦式应变计。

3.2.2 桥墩变位监控

桥墩的变位测点设置在墩的根部，中部和墩顶截面变化处，在测点位置贴反光片，配合全站仪进行墩的变位监控。

3.2.3 桥墩的温度监控

对桥墩进行温度监控，以获得与应力及变位相对应的大气温度以及空心薄壁墩的温度，为控制分析服务。选择一个墩的一个截面作为测试对象，进行适时观测。

3.3 基础沉降监控

测试的内容为在承台顶设置不均匀沉降观测点。

3.4 混凝土弹模、容重的测定和收缩、徐变系数的确定

结构设计时的参数一般是按规范取用，这对设计是可以的，但对于结构施工控制则应对部分主要设计参数进行实际测定，以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正，从而进一步修正原设计线形，为该桥在成桥后满足设计要求奠定基础。具体测定工作的进行应根据大桥所在自然环境情况，所用材料情况，施工工艺及工序情况来加以测定，需测定的参数如下：采取现场取样，分别测定混凝土在3天、7天、14天、28天、60天、3个月、6个月和1年龄期的弹模，为主跨预拱度修正提供数据。混凝土容重的测定也采用现场取样，在实验室用常规方法测定。

3.4.1 混凝土弹性模量的测定

混凝土弹模的测试主要是为了测定混凝土弹性模量（E）随时间（t）的变化过程，即E―t曲线。采用现场取样然后通过万能试验机试压的方法，分别测定在3天、7天、14天、28天、60天、3个月、6个月和1年龄期的E值，以得到完整的E―t曲线。

3.4.2 混凝土容重的测量

《公路桥梁设计通用规范》给出了钢筋混凝土的容重范围2.5～2.6吨/米3，然而对于不同的混凝土组成，其容重也存在着差异，因此有必要对混凝土的容重进行测定，容重一般以进行容重实验来测定。对于每座桥梁，主梁混凝土容重试验至少应进行两次，如有需要（混凝土配合比改变，主要材料来源改变等）应多做几次。

容重试验的混凝土试件制作，应依照《水泥混凝土试验规程》中

混凝土容重测试是现场取样，采用实验室常规方法进行测定。

3.4.3 主梁混凝土收缩、徐变试验

预应力混凝土连续刚构桥在悬臂浇筑的施工过程中，由于混凝土的收缩、徐变，将引起预应力钢材的松弛，将导致主梁悬臂端的下挠。因此对混凝土收缩、徐变效应的准确估计，对准确预测由于混凝土收缩、徐变产生的下挠有着决定性的意义。

由于混凝土的收缩、徐变对桥梁变位影响较大，应专门进行3天、7天、14天、28天、90天等加载龄期的徐变，收缩试验数据测试得出相应的收缩、徐变系数。试验所用原材料及配合比与大桥混凝土所用原材料及配合比一致。

4 结语

桥梁大跨径的最终形成，必须经历一个漫长而又复杂的施工与体系转换过程。通过理论计算，可以得到各施工阶段的理想立模标高值。但是，实际施工过程中各种误差干扰着桥梁形成的正确性，可能致使合拢困难、成桥线形与内力状态偏离设计要求，给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车条件及经济性等方面带来不同程度的损害。因此，为了确保桥面线形良好、符合设计要求，在施工过程中，实施有效的施工控制是非常必要的。